一種蓄熱式燒嘴及其工作方法
2023-05-18 04:06:51 2
一種蓄熱式燒嘴及其工作方法
【專利摘要】本發明提供了一種蓄熱式燒嘴，包括：空氣腔，其上設置有空氣接口；蓄熱腔，其內填充有蓄熱體，一端開口並與空氣腔相連通，燃氣腔上設置有小燃氣接口、大火燃氣接口和惰性氣體接口，燃氣腔還連接有一傳輸管線，傳輸管線依次穿過空氣腔和蓄熱腔至蓄熱腔另一端的開口處；電子點火杆，一端連接點火器，另一端穿過燃氣腔後沿傳輸管線設置至蓄熱腔另一端的開口處。該蓄熱式燒嘴每上半個周期內首先吹小火燃氣，再吹大火燃氣，最後吹惰性氣體。本發明結構簡單便於製作，解決了在切換過程中管道及燒嘴內殘留燃氣的問題，提高燃料的使用率，延長蓄熱體的使用壽命；且通過在燃氣管線增加自動流量調節閥，使燃燒火焰可以根據生產工藝要求在線自動調節。
【專利說明】一種蓄熱式燒嘴及其工作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及蓄熱式燃燒設計【技術領域】，尤其涉及一種蓄熱式燒嘴及其工作方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]蓄熱式燃燒技術是20世紀90年代發達國家開始推廣的一種節能環保的新型燃燒技術，2000年左右逐漸在國內鋼鐵行業開始推廣應用，利用煙氣預熱使燃料在高溫貧氧的氣氛下充分燃燒，一方面提高的了燃料的利用率，另一方面降低了氮氧化物的產生，收到了良好的經濟和環保效益。當前應用在鋼包烘烤器上的蓄熱式燃燒技術以雙蓄熱式燒嘴為主，他的特點是結構緊湊佔地面積小，製作並不複雜，節能效果顯著，一般可以節約燃料使用在25%-35%，甚至更高。蓄熱式烘烤技術一般包含以下主要部件:
供風排風系統:由鼓風機、引風機、管道、調節閥門等組成；
燒嘴:一般選用兩個燒嘴配對使用，交替進行排風和燃燒使用；
蓄熱體:起到蓄熱和預熱空氣的作用，一般和燒嘴組合使用，結構緊湊；
換向閥:為助燃空氣提供換向作用，使兩個燒嘴可以交替燃燒和蓄熱；
其他設備:包括火焰檢測、可燃氣體檢測、電氣元器件、執行機構、氣動元器件、機械升降部件、溫度探頭等。
[0004]但是現有技術中蓄熱式燃燒技術存在問題:
1、燒嘴與蓄熱室轉接口由於受巨大溫差變化容易產生裂紋，降低燒嘴使用壽命；燒嘴在做蓄熱功能時煙氣容易進入燒嘴產生冷凝，導致燒嘴氧化腐蝕；
2、換向閥切換時管道殘留煤氣無法燃燒、排淨，在燒嘴內的蓄熱體蓄熱時進入蓄熱體內燃燒，造成燒嘴內的蓄熱體局部高溫開裂，同時未完全燃燒的煤氣隨煙氣排入大氣造成浪費並汙染環境；
3、燒嘴內的蓄熱體在反覆加熱和冷卻的工況下運行，在巨大溫差和高頻變換的作用下，很容易脆裂、破碎和變形等，導致氣流通道堵塞，壓力損失加大，在一定的溫度和氣氛下發生氧化和腐蝕，會堵塞氣體通道，增加流通阻力。
[0005]
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明提供了一種蓄熱式燒嘴，包括有:
空氣腔，其上設置有空氣接口 ；
蓄熱腔，兩端開口，所述蓄熱腔內填充有蓄熱體，所述蓄熱腔的一端開口與所述空氣腔相連通；
燃氣腔，設置有小火燃氣接口和大火燃氣接口，所述小火燃氣接口和大火燃氣接口分別連接小火燃氣管線和大火燃氣管線；所述燃氣腔還連接有一傳輸管線，所述傳輸管線依次穿過所述空氣腔和蓄熱腔至所述蓄熱腔另一端的開口處； 點火裝置，一端連接點火器，另一端穿過所述燃氣腔後沿所述傳輸管線設置至所述蓄熱腔另一端的開口處。
[0007]較佳地，所述燃氣腔上還設置有惰性氣體接口，所述惰性氣體接口連接惰性氣體管線，惰性氣體通過所述惰性氣體接口進入所述燃氣腔。
[0008]較佳地,所述惰性氣體採用氮氣。
[0009]較佳地，所述大火燃氣管線上設置有自動流量調節閥。
[0010]較佳地，所述蓄熱腔的另一端開口上設置有金屬孔板。
[0011]較佳地，所述蓄熱體採用整體陶瓷蜂窩狀蓄熱體。
[0012]較佳地，所述傳輸管線採用耐熱、耐腐鋼製作。
[0013]較佳地，所述燃氣腔上設置有光火孔和/或火焰檢測器。
[0014]本發明還提供了一種蓄熱式燒嘴的工作方法，所述蓄熱式燒嘴如上所述的蓄熱式燒嘴，其工作方法包括以下步驟:
步驟一，外界空氣通過空氣接口輸入到空氣腔內，空氣腔內的空氣流經蓄熱體並被預熱成高溫空氣，高溫空氣從蓄熱腔另一端的出口排入到燃燒室內；
步驟二，打開小火燃氣管線，使得少量燃氣依次經過小火燃氣接口、燃氣腔、傳輸管線、蓄熱腔另一端的出口後吹入到燃燒室內；同時，所述點火裝置點火實現對燃燒室內氣體的點火；
步驟三，時間tl後關閉小火燃氣管線，在此之前提前Is打開大火燃氣管線，使得大量的燃氣依次經過大火燃氣接口、傳輸管線、蓄熱腔另一端的出口後吹入到燃燒室內燃燒；步驟四，時間t2後關閉大火燃氣管線，打開惰性氣體管線，使得惰性氣體依次吹過惰性氣體接口、燃氣腔和傳輸管線；時間t3後關閉惰性氣體管線上，並保持小火燃氣管線、大火燃氣管線和惰性氣體管線關閉時間t4;
步驟五，重複上述步驟二、三、四，直至燃燒工作完成。
[0015]較佳地，時間tl取3s,時間t2取20s，時間t3取2s，時間t4取25s。
[0016]本發明由於採用以上技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:
(1)本發明提供的蓄熱式燒嘴採用新結構設計，將燒嘴設計為三個腔體，分別為燃氣腔、空氣腔、蓄熱腔，且大火燃氣、小火燃氣、惰性氣體共用一個傳輸管線，相對於現有技術中燒嘴大火燃氣和小火燃氣分別設置有各自的傳輸管道的方案，本發明中只需一根管道即可完成點火、正常燃燒兩個步驟，簡化了燒嘴的結構，便於製造；
(2)本發明提供的蓄熱式燒嘴，增加了惰性氣體接口的設置，在換向結束前進行吹掃，將燒嘴和管線內的剩餘燃氣吹掃出來燃燒，避免能源浪費和汙染環境；氮氣吹掃還有助於避免高溫煙氣進入低溫燃氣管道形成冷凝水，在燃氣管道壁上結晶阻塞管道。
[0017](3)本發明提供的蓄熱式燒嘴，大火燃氣管線上加設自動流量調節控制閥，在線自動調節煤空混合比以滿足不同工藝對溫度的要求。
[0018]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]結合附圖，通過下文的述詳細說明，可更清楚地理解本發明的上述及其他特徵和優點，其中:
圖1為本發明提供的蓄熱式燒嘴的剖視圖；
圖2為本發明提供的蓄熱式燒嘴的側視圖；
圖3為為本發明燃氣、氮氣、空氣管路連接圖；
圖4為本發明運用在蓄熱式燃燒系統中的流程圖；
圖5為本發明在半個周期(以25秒為例)內燒嘴大、小燃氣及氮氣供給時間圖。
[0020]符號說明:
1-燃氣腔
2-空氣腔
3-傳輸管線
4-蓄熱腔
5-蓄熱體
6-金屬孔板
7-電子點火杆
8-火焰檢測器
9-觀火口
101-大火燃氣接口
102-小火燃氣接口
103-惰性氣體接口 201-空氣接口。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]參見示出本發明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發明。然而，本發明可以以許多不同形式實現，並且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，並且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發明的範圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區域的尺寸及相對尺寸。
[0023]蓄熱式燃燒技術是將空氣預熱，生成高溫空氣噴射入燃燒室內，維持低氧狀態，同時將燃料輸送到氣流中，產生燃燒。空氣(氣體燃料)溫度預熱到800°C?1000°C以上，燃燒區空氣含氧量在21%?2%，與傳統燃燒過程相比，提高空氣溫度燃燒的最大特點是節省燃料，減少C02和NOX的排放及降低燃燒噪音。蓄熱式燒嘴的使用是實現這一目標的重要部件，燒嘴一般成對使用，助燃空氣通過其中一個燒嘴，被加熱後供燃燒用，另一個燒嘴排出煙氣，同時蓄熱體被加熱。當換向閥換向時，系統反向運行，之前高溫的蓄熱體用來加熱空氣，助燃空氣冷卻的蓄熱體則被高溫煙氣加熱，最後排出的煙氣只有150?200°C，空氣預熱溫度1000 °C左右，切換閥在低溫下工作，同時排出燃燒廢氣的風機也在低溫下工作。目前自身蓄熱式燒嘴的設計種類有很多，但是存在一些問題，比如燒嘴與蓄熱室轉接口裂紋，燒嘴使用壽命短，切換時管道殘留燃氣等問題。
[0024]參考圖1-2中，本發明提供了一種蓄熱式燒嘴，本發明通過簡化燒嘴結構，以便於製作，同時提高了蓄熱效果；通過對於燃燒過程的優化，解決在切換過程中管道及燒嘴內殘留燃氣的問題，提高燃料的使用率，延長蓄熱體的使用壽命；通過在燃氣管道增加自動流量調節閥，使燃燒火焰可以根據生產工藝要求在線自動調節。
[0025]具體的，該蓄熱式燒嘴包括有燃氣腔1、空氣腔2和蓄熱腔4，燃氣腔I和蓄熱腔4分別設置在空氣腔2的兩側形成一整體。其中，空氣腔2上端設置有空氣接口 201，外部空氣通過空氣接口 201輸送到空氣腔2內。蓄熱腔4兩端開口，空氣腔2與蓄熱腔4相對的一側設置有開口，蓄熱腔4 一端的開口與空氣腔2 —側的開口連接並相通；蓄熱腔4內填充有蓄熱體5，空氣腔2內的空氣進入蓄熱腔4，經過蓄熱體5時，空氣被蓄熱體5在上個周期內儲存的熱量加熱成高溫空氣，高溫空氣通過蓄熱腔4另一端開口吹進燃燒室內；在本實施例中蓄熱體5優選採用整體陶瓷蜂窩狀蓄熱材料製作而成，蓄熱體5採用整體的結構形式，可以避免因氣體通過蜂窩體通道時產生的摩擦阻力損失，尤其是在流經兩塊蜂窩體交界面時因流通面積突變和各個通道之間可能發生交錯而產生局部阻力損失。蓄熱腔4的另一端開口上連接有金屬孔板6，相對於現有燒嘴採用的其他耐火材料來說，本發明提供的金屬孔板6更加堅固、耐高溫，有效解決燒嘴與燃燒室轉接口處的孔板由於受巨大溫差變化容易產生裂紋的問題，延長了燒嘴的使用壽命。
[0026]在本實施例中，燃氣腔I上設置有大火燃氣接口 101和小火燃氣接口 102，分別連接大火燃氣管線和小火燃氣管線，其中燃氣可採用煤氣等，此處不作限制，小火燃氣起點火作用，大火燃氣為正常工作時使用。其中，大火燃氣管線上設置有自動流量調節閥，根據生產需要在線自動調節燃氣流量；具體的，燃燒室內設置有測量設備，如爐內溫度探頭等設備，爐內溫度檢測探頭將實際溫度反饋給PLC，PLC根據生產設定溫度通過流量調節閥調節燃氣供給，以達到生產工藝設定溫度要求，從而實現燃燒室內的火焰根據生產工藝要求在線調節的效果。
[0027]燃氣腔I與空氣腔2相對的一側上連接有一傳輸管線3，傳輸管線3 —端與燃氣腔I相連通，另一端依次穿過空氣腔2和蓄熱腔4至蓄熱腔4另一端的開口處；傳輸管線3優選的布置在蓄熱體5的中心上，這種設置方式與現有技術中管線側入式燒嘴相比，本發明具有蓄熱腔4易於加工、燒嘴易於組裝及檢修的優點；由大火燃氣接口 101和小火燃氣接口 102輸入的燃氣通過傳輸管線3被輸送到蓄熱腔4另一端的開口處，並吹進燃燒室內，與預熱後的空氣燃燒；其中，傳輸管線3採用耐熱、耐腐蝕鋼製成，有利於增加燒嘴使用壽命。相對於現有技術中燒嘴大火燃氣和小火燃氣分別設置有各自的傳輸管線的方案，本發明中大火燃氣和小火燃氣共用一跟傳輸管路，只需一根管道即可完成點火、正常燃燒兩個步驟，簡化了燒嘴的結構，便於製造。
[0028]在本實施例中，燃氣腔I上還設置有惰性氣體接口 103，惰性氣體接口 103與惰性氣體管路相連通，惰性氣體依次吹過燃氣腔I和傳輸管線3，將燒嘴內殘留的燃氣吹掉；其中惰性氣體優選為氮氣，氮氣相對成本較低，當然也可選擇其他惰性氣體，此處不作限制。本發明在燃氣腔I上設置惰性氣體接口 103，在燃燒循環中加入氮氣吹掃步驟，吹掃換向閥切換時管道和燒嘴內殘留的燃氣，避免能源浪費和汙染空氣，同時避免燃氣進入蓄熱室與煙氣中殘留的氧氣燃燒造成蓄熱體局部高溫破損；氮氣吹掃還有助於避免高溫煙氣進入低溫燃氣管道形成冷凝水，在燃氣管道壁上結晶阻塞管道。
[0029]在本實施例中，燃氣腔I上還設置有觀火孔9火焰檢測器8，觀火孔9與傳輸管線3的中心線相對，以便於從觀火孔9能夠看到傳輸管線3另一端開口處以及燃燒室內的火勢情況；火焰檢測器8同樣用於自動檢測傳輸管線3另一端開口處的火勢情況，當無法檢測到火焰時，停止燃氣供給並報警，增加了系統的安全性。
[0030]在本實施例中，蓄熱式燒嘴還包括有點火裝置，點火裝置具體可為一電子點火杆7,電子點火杆7的一端連接點火器，另一端依次穿過燃氣腔1、空氣腔2和蓄熱腔4至蓄熱腔4另一端的開口處，電子點火杆7與傳輸管線3緊鄰且沿傳輸管線3設置；大火燃氣和小火燃氣共用一個電子點火杆7，簡化了燒嘴的結構，使得燒嘴的結構更加緊湊。
[0031]參照圖3-4，為本發明提供的蓄熱式燒嘴運用到蓄熱式燃燒系統中的管路連接圖和工作流程圖。蓄熱式燃燒系統中設置有兩個如上所述的蓄熱式燒嘴，兩個燒嘴的出氣口端均與燃燒室相連通，即蓄熱腔4的另一端開口與燃燒室連接並連通。蓄熱式燃燒系統的工作過程具體如下:
上半周期，通過調節換向閥，使得空氣進入到燒嘴1#內進行預熱，獲得高溫空氣被輸入進行燃燒室內，與被輸入的燃氣一起燃燒；燒嘴2#的各燃氣管線以及惰性氣體管線關閉，空氣接口打開，燃燒室內的煙氣通過燒嘴2#排出，通過流經燒嘴2#的時候對燒嘴2#內的蓄熱體進行加熱，直至上半周期結束。下半周期，通過調節換向閥，使得空氣進入到燒嘴2#內，燒嘴2#內的蓄熱體利用上半周期時吸收儲存的熱量對空氣進行預熱，溫度預熱到獲得高溫空氣被輸入進行燃燒室內，與被輸入的燃氣一起燃燒；燒嘴1#的各燃氣管線以及惰性氣體管線關閉，空氣接口打開，燃燒室內的煙氣通過燒嘴1#排出，通過流經燒嘴1#的時候對燒嘴1#內的蓄熱體進行加熱，從而完成一個周期的工作。重複重複上半周期、下半周期的工作過程，直至燃燒過程結束。
[0032]本發明提供的蓄熱式燒嘴，在蓄熱式燃燒系統中具體工作過程如下:
一、燃燒燒嘴工作步驟分解如下:
鼓風機將外界空氣通過空氣接口 201吹入到空氣腔2，空氣腔2內的空氣流經蓄熱體5被預熱，預熱變成800— 1000°C的高溫空氣，高溫空氣從蓄熱腔4另一端的出口經過金屬孔板6後排入到燃燒室內；
打開小火燃氣管線上的閥門，使得小量燃氣經過小火燃氣接口 102進入到燃氣腔I內，燃氣再經由傳輸管線3被輸送到蓄熱腔4另一端的出口，並吹入到燃燒室內與空氣混合；於此同時，啟動點火器通電子點火杆7，實現對燃燒室內氣體的點火；
關閉小火燃氣管線上的閥門，打開大火燃氣管線上的閥門，使得大量的燃氣依次經過大火燃氣接口 101、傳輸管線3後被輸送到燃燒室內，以供其正常工作；
一段時間後，關閉大火燃氣管線上的閥門，打開惰性氣體管線上的閥門，使得惰性氣體由惰性氣體接口 103依次吹過燃氣腔1、傳輸管線3，惰性氣體吹掃一段時間後，關閉惰性氣體管線上的閥門，燃燒燒嘴的工作過程結束。
[0033]其中，參照圖5中所示，半個周期為25s為例進行進一步的說明，小火燃氣首先流通3s，然後通大火燃氣，I秒鐘後關閉小火燃氣,大火燃氣流通21s，(其中第I秒與小火燃氣共通，)最後惰性氣體流通2s。當然上述各氣體的流通時間的分配只是一種實施例，也可根據具體情況進行調整，此處不作限制。
[0034]二、排氣燒嘴工作步驟分解如下:
蓄熱式燒嘴上的大火燃氣接口 101、小火燃氣接口 102和惰性氣體接口 103均關閉，在風機的作用下，蓄熱室內的高溫煙氣自蓄熱腔4另一端的開口進入到蓄熱腔3內，流經蓄熱體5的時候對蓄熱體5進行加熱；熱交換後，高溫煙氣降溫到150— 200°C，並從空氣接口201排出。
[0035]綜上所述，本發明提供了一種蓄熱式燒嘴，包括:空氣腔，其上設置有空氣接口 ；蓄熱腔，其內填充有蓄熱體，一端開口並與空氣腔相連通，燃氣腔上設置有小燃氣接口、大火燃氣接口和惰性氣體接口，燃氣腔還連接有一傳輸管線，傳輸管線依次穿過空氣腔和蓄熱腔至蓄熱腔另一端的開口處；電子點火杆，一端連接點火器，另一端穿過燃氣腔後沿傳輸管線設置至蓄熱腔另一端的開口處。該蓄熱式燒嘴每上半個周期內首先吹小火燃氣，再吹大火燃氣，最後吹惰性氣體。本發明結構簡單便於製作，解決了在切換過程中管道及燒嘴內殘留燃氣的問題，提高燃料的使用率，延長蓄熱體的使用壽命；且通過在燃氣管線增加自動流量調節閥，使燃燒火焰可以根據生產工藝要求在線自動調節。
[0036]本【技術領域】的技術人員應理解，本發明可以以許多其他具體形式實現而不脫離本發明的精神或範圍。儘管已描述了本發明的實施例，應理解本發明不應限制為這些實施例，本【技術領域】的技術人員可如所附權利要求書界定的本發明精神和範圍之內作出變化和修改。
【權利要求】
1.一種蓄熱式燒嘴，其特徵在於，包括有: 空氣腔，其上設置有空氣接口 ； 蓄熱腔，兩端開口，所述蓄熱腔內填充有蓄熱體，所述蓄熱腔的一端開口與所述空氣腔相連通； 燃氣腔，設置有小或燃氣接口和大火燃氣接口，所述小火燃氣接口和大火燃氣接口分別連接小火燃氣管線和大火燃氣管線；所述燃氣腔還連接有一傳輸管線，所述傳輸管線依次穿過所述空氣腔和蓄熱腔至所述蓄熱腔另一端的開口處； 點火裝置，一端連接點火器，另一端穿過所述燃氣腔後沿所述傳輸管線設置至所述蓄熱腔另一端的開口處。
2.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述燃氣腔上還設置有惰性氣體接口，所述惰性氣體接口連接惰性氣體管線，惰性氣體通過所述惰性氣體接口進入所述燃氣腔。
3.據權利要求2所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述惰性氣體採用氮氣。
4.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述大火燃氣管線上設置有自動流量調節閥。
5.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述蓄熱腔的另一端開口上設置有金屬孔板。
6.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述蓄熱體採用整體陶瓷蜂窩狀蓄熱體。
7.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述傳輸管線採用耐熱、耐腐鋼製作。
8.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴，其特徵在於，所述燃氣腔上設置有觀火孔和/或火焰檢測器。
9.一種蓄熱式燒嘴的工作方法，其特徵在於，所述蓄熱式燒嘴採用權利要求2中所述的蓄熱式燒嘴，其工作方法包括以下步驟: 步驟一，外界空氣通過空氣接口輸入到空氣腔內，空氣腔內的空氣流經蓄熱體並被預熱成高溫空氣，高溫空氣從蓄熱腔另一端的出口排入到燃燒室內； 步驟二，打開小火燃氣管線，使得少量燃氣依次經過小火燃氣接口、燃氣腔、傳輸管線、蓄熱腔另一端的出口後吹入到燃燒室內；同時，點火裝置點火實現對燃燒室內空煤混合氣體的點火； 步驟三，時間tl後關閉小火燃氣管線，打開大火燃氣管線，使得大量的燃氣依次經過大火燃氣接口、傳輸管線、蓄熱腔另一端的出口後吹入到燃燒室內燃燒； 步驟四，時間t2後關閉大火燃氣管線，打開惰性氣體管線，使得惰性氣體依次吹過惰性氣體接口、燃氣腔和傳輸管線；時間t3後關閉惰性氣體管線上，並保持火燃氣管線、大燃氣管線和惰性氣體管線關閉時間t4; 步驟五，重複上述步驟二、三、四，直至燃燒工作完成。
10.據權利要求1所述的蓄熱式燒嘴的工作方法，其特徵在於，時間tl取3s，時間t2取20s，時間t3取2s,時間時間t4取25s。
【文檔編號】F23D14/66GK104456568SQ201410760714
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】崔鵬 申請人:上海寶鋼節能環保技術有限公司